肢解诺兰的逻辑:当科幻背离科学

科学
肢解诺兰的逻辑:当科幻背离科学
麻省理工科技评论 2020-09-09

2020-09-09

既有的逻辑决定了 “时空逆转” 不可能。要 “科” 还是要“幻”,或许是多数科幻电影要权衡的问题。
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既有的逻辑决定了 “时空逆转” 不可能。要 “科” 还是要“幻”,或许是多数科幻电影要权衡的问题。

先给读者提个醒:如果你还没看电影《信条》,建议你暂时不要往下看本文。倒不是担心剧透的问题,好的电影是不怕剧透的,更何况对于诺兰的这部片子,大部分观众即便看个两三遍也未必能看懂,哪在乎只言片语的剧透。

不建议在观影之前看这篇文章,是担心看完这篇文章之后再看电影,你会产生一些心理障碍,就如同笔者看这部电影时的感觉一样;还有一种可能,是你看完本文之后干脆就不想去看电影了。

言归正传。本文要分析的,是这部以科幻为名的电影中的两个问题:时间倒流(宣传片中称之为“时空逆转”)与因果律。其实这两个问题可以合二为一。如休谟所言,时间次序是因果律的必要条件,时间倒流必然导致(现有的)因果律破缺。

在电影中,诺兰有意无意地避开了相对论对于 “时间” 实质的框定,他以熵增和熵减作为 “时间箭头” 的标志,并且将时间与空间剥离——在相对论的框架内,时间与空间是不可分割的。

肢解诺兰的逻辑:当科幻背离科学

图 | 《信条》电影海报

读者自然会提出疑问:既然是科幻,凭什么必须遵从相对论的设定?

在此笔者给出一句结论性的解释(免去复杂的推演过程,这一招是跟诺兰学的):相对论是在现有逻辑体系下做数理推演的必然结果。

深刻理解相对论的科学家们,如果以事后诸葛的眼光回看,会发现给出电磁波本质的麦克斯韦和给出洛伦茨坐标变换的洛伦茨,距离发现相对论都只差一步。至于在爱因斯坦发表相对论论文前夕才做出来的迈克尔逊 - 莫雷实验,只不过是相对论的一个注脚、一个必然结果。

一方面,爱因斯坦是根据既有的数理逻辑体系推出相对论、推翻牛顿的绝对时空观;反过来看,只要既有的逻辑体系还正确,相对论的时空观就牢不可破。在这个认识基础上,我们可以进一步分析时间方向与因果律问题。

相对论的一个推演结果——或者换句话说,是现有数理逻辑的一个推演结果——是:如果信息的传递速度超过了真空中的光速,时间将被逆转,因果律将告破缺,相对论也就随着既有的逻辑体系一起坍塌。

不知道你有没有注意到,这里实际上出现了一个悖论:逻辑的推演结果怎么可能让逻辑自身崩塌?

2000 年 7 月 20 日,美籍华裔科学家王力军(音译)在 Nature 杂志上发表其团队的一项研究:他们利用铯原子气体的反常色散现象,成功制造出 310 倍于真空光速的激光脉冲群速度。实验中,一束合成脉冲波穿越一个铯原子气室,脉冲波峰在进入气室之前 62 纳秒就已离开气室。

一时间,“狭义相对论受到挑战”“因果律轰然倒塌”等声音充斥于大众媒体。但作为论文第一作者的王力军给出了解释:由于脉冲波中携带信息的 “波头” 并未快于光速,实验结果并不违背、更没有挑战相对论,也没有让因果律破缺;波峰在进入气室之前就穿出气室,其实可以看成是一种假象:先穿出气室的波峰,是铯原子气根据 “波头” 中的信息,在气室另一端 “复制” 出来的结果。

相对论诞生之后这一个多世纪,许多严肃的科学家试图以各种实验寻找相对论(主要是狭义相对论)的破绽,制造 “超光速” 现象的实验是其中比较直接、比较容易被理解的一类;但迄今为止,所有这些科学实验的最终结果都无一例外成了对相对论的有力验证。

结合前述悖论,我们会发现,在我们的逻辑体系中,依靠制造超光速来让时间倒流,是不成立的。有没有可能用其他方式实现时间倒流?数理逻辑推演会告诉我们:只要实现时间倒流,就必然出现类似超光速的各种效应,至少(既有的)因果律必定破缺。

诺兰在电影中用了一扇门来解决时间倒流这个难题,并且并未显著改变因果律——影片中处在时间倒流中的主角和配角,思维方式和行为模式与处在正向时间箭头中的他们并无明显差别。这在我们的逻辑体系中是不可思议的:时间倒流必然导致因果倒置。当然,如果真的严格施行因果倒置,影片恐怕难以拍摄,“诺兰逻辑”在这里还是更实用、更容易让观众明白和接受。

在时间倒流的效应展示中,这部片子中出现了最显著、最有悖于基本逻辑的一个槽点:同一空间中出现了两到三个处于不同时间状态中的自己(女主角看到了未来自己的跳海瞬间,男主角还与未来的自己相互救援)。这不仅将时间和空间剥离、陷入 “祖孙悖论” 困境,而且诺兰还在无意间踏入了一个由时间倒流制造的逻辑黑洞。

所谓的 “祖孙悖论”,是说如果时间能够倒流,你就能够回到过去杀掉你未成年的爷爷,这样你就不会出现,也就不存在你“回到过去” 的场景。这是时间倒流导致因果律破缺而造成的无法调和的矛盾(这是逻辑推演,那些较真 “我为什么要杀死自己的爷爷” 的读者请回家补习逻辑课去)。

许多读者都听过这样一个笑话:某考古学家断言他刚发掘出的一具骸骨是曹操遗留的,结果核验骨龄发现骸骨属于未成年人,该 “专家” 说,这是幼年曹操的骸骨。显然,如果诺兰逻辑成立,“幼年曹操”的骸骨还真可以有。

所谓诺兰 “无意间踏入由时间倒流制造的逻辑黑洞”,说的是假如一个人真的从未来穿越回了过去,那么接下来他会陷入一个永远的死循环,会在“过去 - 未来” 这一时间区段无数次穿梭;这里的时空是剥离的,在同一空间会有无数个他、无数个一样的场景“同时”(相信你能理解这个引号的含义)出现,而不是只有两三个。这就如同你站在两面对立的镜子中间,两面镜子中都会出现无数个你。

关于这个逻辑黑洞的推演过程,笔者再 “诺兰” 一回:你接受就好,想不通就回家想去。

毫无疑问,以上所有的推演,用的都是我们所在的正向时间中的逻辑——当然要用这套逻辑,因为《信条》影片主体用的还是这套逻辑。

另一个需要提及的问题是,量子力学领域有一些现象貌似并不遵循严格的因果律,但主流科学界将其解读为,它是在更复杂的层面上遵从因果律。

至于逻辑的本质,这属于更深层次的哲学问题,本文不打算展开讨论。

星际旅行、时间倒流之类的科幻元素常常给我们带来美好的遐想;与之相比,严肃的科学则总是让我们沮丧。另一些科幻题材,诸如邪恶科学家或者具有侵略性的外星生命之类、以及类似刘慈欣折腾出来的莫名其妙的“黑暗森林法则”,则会带给观众无谓的担忧甚至恐惧;与之相比,科学却常常会告诉人们,对人类文明的威胁常常是来自我们自身,甚至来自我们一些不负责任的日常行为。落在地上的科学与飘在空中的科幻,许多时候确实不易相容。

笔者相信,作为电影科学顾问的基普·索恩一定很清楚《信条》中涉及的系列逻辑悖论、陷阱、黑洞,但对于一部科幻题材的影片,究竟要 “科” 多于 “幻”,还是“幻” 多于“科”,恐怕导演和科学顾问都会很费思量。毕竟,我们很难期望每一部科幻电影都能如同《地心引力》一样,让真实世界中已有的科学元素从头贯穿到尾。

“时光一去永不回,往事只能回味。”现实世界、乃至于严肃的科学世界中,刘家昌这首经典老歌的开头一句依然是至理名言。

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